激光傳感器

激光傳感器的寫法

激光傳感器介紹

激光傳感器是利用激光技術(shù)進(jìn)行測(cè)量的傳感器。它由激光器、激光檢測(cè)器和測(cè)量電路組成。激光傳感器是新型測(cè)量?jī)x表，它的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)無接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量，速度快，精度高，量程大，抗光、電干擾能力強(qiáng)等。

原理

激光測(cè)距傳感器先由激光二極管對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射激光脈沖。經(jīng)目標(biāo)反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學(xué)系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上。雪崩光電二極管是一種內(nèi)部具有放大功能的光學(xué)傳感器，因此它能檢測(cè)極其微弱的光信號(hào)。記錄并處理從光脈沖發(fā)出到返回被接收所經(jīng)歷的時(shí)間，即可測(cè)定目標(biāo)距離。

激光傳感器必須極其精確地測(cè)定傳輸時(shí)間，因?yàn)楣馑偬臁?/P>

如，光速約為3X10^8m/s，要想使分辨率達(dá)到1mm，則測(cè)距傳感器的電子電路必須能分辨出以下極短的時(shí)間：

0.001m(3X10^8m/s)=3ps

要分辨出3ps的時(shí)間，這是對(duì)電子技術(shù)提出的過高要求，實(shí)現(xiàn)起來造價(jià)太高。

但是如今的激光傳感器巧妙地避開了這一障礙，利用一種簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，即平均法則實(shí)現(xiàn)了1mm的分辨率，并且能保證響應(yīng)速度。

遠(yuǎn)距離激光測(cè)距儀在工作時(shí)向目標(biāo)射出一束很細(xì)的激光，由光電元件接收目標(biāo)反射的激光束，計(jì)時(shí)器測(cè)定激光束從發(fā)射到接收的時(shí)間，計(jì)算出從觀測(cè)者到目標(biāo)的距離;LED白光測(cè)速儀成像在儀表內(nèi)部集成電路芯片CCD上，CCD芯片性能穩(wěn)定，工作壽命長(zhǎng)，且基本不受工作環(huán)境和溫度的影響。因此，LED白光測(cè)速儀測(cè)量精度有保證，性能穩(wěn)定可靠。

應(yīng)用

利用激光的高方向性、高單色性和高亮度等特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)無接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量。激光傳感器常用于長(zhǎng)度、距離、振動(dòng)、速度、方位等物理量的測(cè)量，還可用于探傷和大氣污染物的監(jiān)測(cè)等。

激光測(cè)長(zhǎng)

精密測(cè)量長(zhǎng)度是精密機(jī)械制造工業(yè)和光學(xué)加工工業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一?，F(xiàn)代長(zhǎng)度計(jì)量多是利用光波的干涉現(xiàn)象來進(jìn)行的，其精度主要取決于光的單色性的好壞。激光是最理想的光源，它比以往的單色光源（氪-86燈）還純10萬倍。因此激光測(cè)長(zhǎng)的量程大、精度高。由光學(xué)原理可知單色光的可測(cè)長(zhǎng)度L與波長(zhǎng)λ和譜線寬度δ之間的關(guān)系是L=λ/δ。用氪－86燈可測(cè)長(zhǎng)度為38.5厘米，對(duì)于較長(zhǎng)物體就需分段測(cè)量而使精度降低。若用氦氖氣體激光器，則可測(cè)幾十公里。一般測(cè)量數(shù)米之內(nèi)的長(zhǎng)度，其精度可達(dá)0.1微米。

激光測(cè)距

它的原理與無線電雷達(dá)相同，將激光對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射出去后，測(cè)量它的往返時(shí)間，再乘以光速即得到往返距離。由于激光具有高方向性、高單色性和高功率等優(yōu)點(diǎn)，這些對(duì)于測(cè)遠(yuǎn)距離、判定目標(biāo)方位、提高接收系統(tǒng)的信噪比、保證測(cè)量精度等都是很關(guān)鍵的，因此激光測(cè)距儀日益受到重視。在激光測(cè)距儀基礎(chǔ)上發(fā)展起來的激光雷達(dá)不僅能測(cè)距，而且還可以測(cè)目標(biāo)方位、運(yùn)運(yùn)速度和加速度等，已成功地用于人造衛(wèi)星的測(cè)距和跟蹤，例如采用紅寶石激光器的激光雷達(dá)，測(cè)距范圍為500～2000公里,誤差僅幾米。目前常采用紅寶石激光器、釹玻璃激光器、二氧化碳激光器以及砷化鎵激光器作為激光測(cè)距儀的光源。

激光測(cè)振

它基于多普勒原理測(cè)量物體的振動(dòng)速度。多普勒原理是指：若波源或接收波的觀察者相對(duì)于傳播波的媒質(zhì)而運(yùn)動(dòng)，那么觀察者所測(cè)到的頻率不僅取決于波源發(fā)出的振動(dòng)頻率而且還取決于波源或觀察者的運(yùn)動(dòng)速度的大小和方向。所測(cè)頻率與波源的頻率之差稱為多普勒頻移。在振動(dòng)方向與方向一致時(shí)多普頻移fd=v/λ，式中v為振動(dòng)速度、λ為波長(zhǎng)。在激光多普勒振動(dòng)速度測(cè)量?jī)x中，由于光往返的原因,fd=2v/λ。這種測(cè)振儀在測(cè)量時(shí)由光學(xué)部分將物體的振動(dòng)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的多普勒頻移,并由光檢測(cè)器將此頻移轉(zhuǎn)換為電信號(hào),再由電路部分作適當(dāng)處理后送往多普勒信號(hào)處理器將多普勒頻移信號(hào)變換為與振動(dòng)速度相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)，記錄于磁帶。這種測(cè)振儀采用波長(zhǎng)為6328埃(┱)的氦氖激光器，用聲光調(diào)制器進(jìn)行光頻調(diào)制，用石英晶體振蕩器加功率放大電路作為聲光調(diào)制器的驅(qū)動(dòng)源，用光電倍增管進(jìn)行光電檢測(cè)，用頻率跟蹤器來處理多普勒信號(hào)。它的優(yōu)點(diǎn)是使用方便，不需要固定參考系,不影響物體本身的振動(dòng),測(cè)量頻率范圍寬、精度高、動(dòng)態(tài)范圍大。缺點(diǎn)是測(cè)量過程受其他雜散光的影響較大。

激光測(cè)速

它也是基多普勒原理的一種激光測(cè)速方法,用得較多的是激光多普勒流速計(jì)(見激光流量計(jì)),它可以測(cè)量風(fēng)洞氣流速度、火箭燃料流速、飛行器噴射氣流流速、大氣風(fēng)速和化學(xué)反應(yīng)中粒子的大小及匯聚速度等。

應(yīng)用

美國LMI技術(shù)公司推出了一種經(jīng)過改進(jìn)的用來測(cè)定玻璃厚度和外形的新型激光傳感器。這種傳感器所有的軟件功能都在傳感頭內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，無需單獨(dú)的控制器，從而減少了儀器運(yùn)作的費(fèi)用。該公司的FDAII級(jí)可視玻璃厚度傳感器，采用了激光三角測(cè)量網(wǎng)并以高達(dá)每秒2000個(gè)讀數(shù)的速度測(cè)量厚達(dá)1.5mm的玻璃板，以及厚達(dá)3.0mm的其它平板玻璃。此種傳感器對(duì)于厚度與距離的在線/離線測(cè)量而言，是理想的。無論是固定的位置，還是掃描的機(jī)構(gòu),都可以在質(zhì)量控制環(huán)境中提供可靠的、可再現(xiàn)的結(jié)果。入射距離為28mm,測(cè)量范圍為4.0mm。

為了提高效率，數(shù)據(jù)收集與控制軟件功能被融合在傳感頭內(nèi)。GTS2型傳感器以與垂線成49度角的方式向待測(cè)的玻璃發(fā)出一束激光。使用一只探頭，入射激光光線的單線從玻璃的兩個(gè)表面反射，然后投射回到傳感器的探頭，給出厚度數(shù)據(jù)。除了可以得出厚度數(shù)據(jù)，GTS2還測(cè)量達(dá)到玻璃上表面的距離。這就能夠?qū)Ρ粶y(cè)表面的位置進(jìn)行始終如一的精確測(cè)量,使測(cè)量厚度好于0.00005折射反復(fù)性成為可能。精度為±1.0μm。厚度的單面測(cè)量簡(jiǎn)化了執(zhí)行程序，因?yàn)橹恍枰粋€(gè)傳感器。

傳感器采用電器耦合器件單線排列來計(jì)算投射的上表面與下表面反射之間的距離。用CCD(電器耦合器件)技術(shù)，成像可以被過濾或得以進(jìn)行其它處理，對(duì)兩個(gè)表面反射的重心進(jìn)行精確定位。CCD技術(shù)還可以除去難于測(cè)量的玻璃應(yīng)用中常見的有害的多點(diǎn)、反射和其它的雜光。